(57)【要約】【課題】観測対象物の色に依らず、精度良く高さ測定を行う。【解決手段】観測対象物に対して光を照射可能な照明手段と、照明手段から照射された光に光路差を発生させる光学系と、光学系により得られた画像から干渉縞コントラストを検出する干渉縞検出手段５０と、干渉縞検出手段により得られた干渉縞からピーク位置を干渉縞コントラストから直接、位相計算、もしくはその両者を用いることにより算出し、ピーク位置に対応する深度を算出する深度算出手段とを備える。照明手段は、複数の異なる発光色を照射可能であり、干渉縞検出手段５０は、照明手段の発光色毎に干渉縞を検出可能であり、深度算出手段は、干渉縞検出手段５０で検出した発光色毎の干渉縞から、発光色毎の深度を算出可能であり、干渉計測装置はさらに、深度算出手段で算出された発光色毎の深度を合成して、観測対象物の高さ情報を演算可能な高さ情報演算手段を備える。【選択図】図１５
2007033217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測対象物に対して光を照射可能な照明手段と、
前記照明手段から照射された光に光路差を発生させる光学系と、
前記光学系により得られた画像から干渉縞コントラストを検出する干渉縞検出手段と、
前記干渉縞検出手段により得られた干渉縞から、干渉縞波形のピーク位置を干渉縞コントラストから直接、もしくは位相計算、もしくはその両者を用いることにより算出することで、ピーク位置に対応する深度を算出する深度算出手段と、
を備える干渉計測装置であって、
前記照明手段は、複数の異なる発光色を照射可能であり、
前記干渉縞検出手段は、前記照明手段の発光色毎に干渉縞を検出可能であり、
前記深度算出手段は、前記干渉縞検出手段で検出した発光色毎の干渉縞から、発光色毎の深度を算出可能であり、
前記干渉計測装置はさらに、
前記深度算出手段で算出された発光色毎の深度を合成して、観測対象物の高さ情報を演算可能な高さ情報演算手段
を備えることを特徴とする干渉計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の干渉計測装置であって、
前記照明手段は、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光色を照射可能であり、
前記高さ情報演算手段は、Ｒ、Ｇ、Ｂ毎に高さ情報を算出可能に構成してなることを特徴とする干渉計測装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の干渉計測装置であって、
前記照明手段は、Ｒ、Ｇ、Ｂに発光可能なＬＥＤを使用することを特徴とする干渉計測装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載の干渉計測装置であって、
前記照明手段は、白色光を発光可能な光源を備えており、
前記干渉縞検出手段は、複数色の干渉縞を撮像可能なカラー撮像素子を備えていることを特徴とする干渉計測装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一に記載の干渉計測装置であって、
前記照明手段は、白色光を発光可能な光源を備えており、
前記干渉縞検出手段は、白色光のＲ、Ｇ、Ｂ成分のいずれかについて干渉縞を検出可能なモノクロの干渉縞を撮像可能なモノクロ撮像素子をＲ、Ｇ、Ｂ用にそれぞれ備えていることを特徴とする干渉計測装置。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか一に記載の干渉計測装置であって、
前記照明手段は、
白色光を発光可能な光源と、
特定の色成分を透過可能な一以上のカラーフィルタと
を備えており、
前記干渉縞検出手段は、モノクロの干渉縞を撮像可能なモノクロ撮像素子を備えることを特徴とする干渉計測装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載の干渉計測装置であって、
前記干渉計測装置を少なくともＰＳＩ測定、ＶＳＩ測定など複数の測定モードを切替可能な切替手段を備えることを特徴とする干渉計測装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一に記載の干渉計測装置であって、
前記光学系が、
前記撮像手段に結像させるための結像レンズと、
光源から照射された光を観測対象物に向かう光と撮像手段に向かう光とに分割する分割手段と、
光軸方向に相対的に移動させ、観測対象物からの高さを変更可能な干渉対物レンズと、
を含むことを特徴とする干渉計測装置。
【請求項９】
少なくとも第１の発光色と、第１の発光色と異なる第２の発光色に発光可能な照明手段と、
前記照明手段から照射された光に光路差を発生させる光学系として、
光軸方向に相対的に移動させ、観測対象物からの高さを変更可能な干渉対物レンズと、
前記光学系を通じた光を結像して画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で検出された干渉縞コントラストから、干渉縞波形のピーク位置を干渉縞コントラストから直接、もしくは位相計算、もしくはその両者を用いることにより算出することで、ピーク位置に対応する深度を算出可能な深度算出手段と、
前記深度算出手段で算出された深度から、観測対象物の高さ情報を演算可能な高さ情報演算手段と
を備える干渉計測装置を用いて、観測対象物の深度を測定する干渉計測方法であって、
前記照明手段を第１の発光色に発光させ、第１の発光色の光の波長の１／３以下に相当する所定の距離だけ前記干渉対物レンズを相対的に移動させ、前記撮像手段で画像を撮像する工程と、
前記干渉対物レンズをさらに所定の距離だけ相対的に移動させて画像を撮像する工程を繰り返し、少なくとも３枚の画像の取得する工程と、
取得された各画像を構成する単位画素毎に、少なくとも３点の光強度に基づいてこれらの点を通る任意の発光色の干渉縞波形のピーク位置を前記深度算出手段で求め、このピーク位置を合焦位置として該単位画素の深度を取得し、これをすべての単位画素について行うことで第１の発光色に関する深度を取得する工程と、
前記照明手段の発光色を第１の発光色から第２の発光色に切り替え、上記の工程を繰り返すことで第２の発光色に関する深度を取得する工程と、
第１の発光色に関する深度と、第２の発光色に関する深度とを平均化して、前記高さ情報演算手段で観測対象物の高さ情報を演算する工程と、
を含むことを特徴とする干渉計測方法。
【請求項１０】
少なくとも第１の発光色と、第１の発光色と異なる第２の発光色に発光可能な照明手段と、
前記照明手段から照射された光に光路差を発生させる光学系として、
光軸方向に相対的に移動させ、観測対象物からの高さを変更可能な干渉対物レンズと、
前記光学系を通じた光を結像して画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で検出された干渉縞コントラストから、干渉縞波形のピーク位置を干渉縞コントラストから直接、もしくは位相計算、もしくはその両者を用いることにより算出することで、ピーク位置に対応する深度を算出可能な深度算出手段と、
前記深度算出手段で算出された深度から、観測対象物の高さ情報を演算可能な高さ情報演算手段と
を備える干渉計測装置を用いて、観測対象物の深度を測定する干渉計測方法であって、
前記照明手段を第１の発光色に発光させ、第１の発光色の光の波長の１／３以下に相当する距離だけ前記干渉対物レンズを相対的に移動させ、前記撮像手段で画像を撮像する工程と、
前記照明手段の発光色を第１の発光色から第２の発光色に切り替え、同様に前記撮像手段で画像を撮像する工程と、
前記干渉対物レンズをさらに所定の距離だけ相対的に移動させて、第１の発光色、第２の発光色それぞれにつき画像を撮像する工程を繰り返し、少なくとも３枚の画像の取得する工程と、
取得された各画像を構成する単位画素毎に、少なくとも３点の光強度に基づいてこれらの点を通る任意の発光色の干渉縞波形のピーク位置を前記深度算出手段で求め、このピーク位置を合焦位置として該単位画素の深度を取得し、これをすべての単位画素について行うことで第１の発光色、第２の発光色それぞれに関する深度を取得する工程と、
第１の発光色に関する深度と、第２の発光色に関する深度とを平均化して、前記高さ情報演算手段で観測対象物の高さ情報を演算する工程と、
を含むことを特徴とする干渉計測方法。
【請求項１１】
少なくとも第１の発光色と、第１の発光色と異なる第２の発光色に発光可能な照明手段と、
前記照明手段から照射された光に光路差を発生させる光学系として、
光軸方向に相対的に移動させ、観測対象物からの高さを変更可能な干渉対物レンズと、
前記光学系を通じた光を結像して画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で検出された干渉縞コントラストから、干渉縞波形のピーク位置を干渉縞コントラストから直接、もしくは位相計算、もしくはその両者を用いることにより算出することで、ピーク位置に対応する深度を算出可能な深度算出手段と、
前記深度算出手段で算出された深度から、観測対象物の高さ情報を演算可能な高さ情報演算手段と
を備える干渉計測装置を用いて、観測対象物の深度を測定する干渉計測方法であって、
前記照明手段を第１の発光色に発光させ、第１の発光色の光の波長の１／３以下に相当する距離だけ前記干渉対物レンズを相対的に移動させ、前記撮像手段で画像を撮像する工程と、
前記干渉対物レンズをさらに所定の距離だけ相対的に移動させて画像を撮像する工程を繰り返し、少なくとも３枚の画像の取得する工程と、
取得された各画像を構成する単位画素毎に、少なくとも３点の光強度に基づいてこれらの点を通る任意の発光色の干渉縞波形のピーク位置を前記深度算出手段で求め、このピーク位置を合焦位置として該単位画素の深度を取得し、これをすべての単位画素について行うことで第１の発光色に関する深度を取得する工程と、
前記照明手段の発光色を第１の発光色から第２の発光色に切り替え、上記の工程を繰り返すことで第２の発光色に関する深度を取得する工程と、
第１の発光色に関する光強度と第２の発光色に関する光強度とを合成し、輝度情報を有する輝度画像データ群を生成する工程と、
前記輝度画像データ群から、前記深度算出手段が各単位画素毎に干渉縞波形のピーク位置を求め、ピーク位置に対応する輝度画像深度を検出し、第１の発光色・第２の発光色に関する深度を前記輝度画像深度で補正し、観測対象物の高さ情報を演算する工程と、
を含むことを特徴とする干渉計測方法。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれか一に記載の干渉計測方法であって、さらに、
観測対象物の高さ情報に基づいて、第１の発光色、第２の発光色の画像から合焦位置の画像輝度情報を単位画素毎に収集し、これらを合成してカラーの超深度画像を生成する工程
を含むことを特徴とする干渉計測方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の干渉計測方法であって、さらに、
観測対象物の高さ情報と、カラーの超深度画像とを合成して３次元カラー超深度画像を生成する工程
を含むことを特徴とする干渉計測方法。
【請求項１４】
Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれかである第１の発光色と、第２の発光色と、第３の発光色に発光可能な照明手段と、
前記照明手段から照射された光に光路差を発生させる光学系として、
光軸方向に相対的に移動させ、観測対象物からの高さを変更可能な干渉対物レンズと、
前記光学系を通じた光を結像して画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で検出された干渉縞コントラストから、干渉縞波形のピーク位置を干渉縞コントラストから直接、もしくは位相計算、もしくはその両者を用いることにより算出することで、ピーク位置に対応する深度を算出可能な深度算出手段と、
前記深度算出手段で算出された深度から、観測対象物の高さ情報を演算可能な高さ情報演算手段と
を備える干渉計測装置を用いて、観測対象物の深度を測定する干渉計測方法であって、
前記照明手段を第１の発光色に発光させ、第１の発光色の光の波長の１／３以下に相当する距離だけ前記干渉対物レンズを相対的に移動させ、前記撮像手段で画像を撮像する工程と、
前記干渉対物レンズをさらに所定の距離だけ相対的に移動させて画像を撮像する工程を繰り返し、少なくとも３枚の画像の取得する工程と、
取得された各画像を構成する単位画素毎に、少なくとも３点の光強度に基づいてこれらの点を通る任意の発光色の干渉縞波形のピーク位置を前記深度算出手段で求め、このピーク位置を合焦位置として該単位画素の深度を取得し、これをすべての単位画素について行うことで第１の発光色に関する深度を取得する工程と、
前記照明手段の発光色を第１の発光色から第２の発光色に切り替え、上記の工程を繰り返すことで第２の発光色に関する深度を取得する工程と、
前記照明手段の発光色を第２の発光色から第３の発光色に切り替え、上記の工程を繰り返すことで第３の発光色に関する深度を取得する工程と、
第１の発光色に関する深度と、第２の発光色に関する深度と、第３の発光色に関する深度とを平均化して、前記高さ情報演算手段で観測対象物の高さ情報を演算する工程と、
を含むことを特徴とする干渉計測方法。
【請求項１５】
少なくとも白色に発光可能な照明手段と、
前記照明手段から照射された光に光路差を発生させる光学系として、
光軸方向に相対的に移動させ、観測対象物からの高さを変更可能な干渉対物レンズと、
前記光学系を通じた光を結像して画像を撮像する撮像手段であって、複数色の干渉縞を撮像可能なカラー撮像素子を含む撮像手段と、
前記撮像手段で検出された干渉縞コントラストから、干渉縞波形のピーク位置を干渉縞コントラストから直接、もしくは位相計算、もしくはその両者を用いることにより算出することで、ピーク位置に対応する深度を算出可能な深度算出手段と、
前記深度算出手段で算出された深度から、観測対象物の高さ情報を演算可能な高さ情報演算手段と
を備える干渉計測装置を用いて、観測対象物の深度を測定する干渉計測方法であって、
前記照明手段を白色光に発光させ、白色光に含まれるＲ、Ｇ、Ｂのいずれかである第１の発光色成分、第２の発光色成分、第３の発光色成分につき、それぞれ波長の１／３以下に相当する距離だけ前記干渉対物レンズを相対的に移動させ、前記カラー撮像素子を含む撮像手段で各色の画像を撮像する工程と、
前記干渉対物レンズをさらに所定の距離だけ相対的に移動させて、第１の発光色、第２の発光色、第３の発光色それぞれにつき画像を撮像する工程を繰り返し、一波長の範囲内で少なくとも３枚の画像の取得する工程と、
取得された各画像を構成する単位画素毎に、少なくとも３点の光強度に基づいてこれらの点を通る任意の発光色の干渉縞波形のピーク位置を前記深度算出手段で求め、このピーク位置を合焦位置として該単位画素の深度を取得し、これをすべての単位画素について行うことで第１の発光色、第２の発光色、第３の発光色それぞれに関する深度を取得する工程と、
第１の発光色に関する深度と、第２の発光色に関する深度と、第３の発光色に関する深度とを平均化して、前記高さ情報演算手段で観測対象物の高さ情報を演算する工程と、
を含むことを特徴とする干渉計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、白色干渉顕微鏡等の干渉計測装置及び干渉計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
干渉計は、光源から出た光を２つ以上の光に分割し、別々の光路を経由させた後再び重ね合わせ、光路差により発生する干渉縞を解析して観測対象物の表面形状や透過波面形状を取得する。干渉計は、主に光源、光の分割手段、光の重ね合わせ手段、検出手段で構成される。このような干渉計を用いることで、観測対象物の３次元構造を非接触で計測することができる。一般には、干渉計の照明光を、光路の途中で２つに分けて、一方を観測対象物に、もう一方を参照ミラーに照射して、それぞれで反射されてきた光を再び合成してできる干渉縞から、高さ情報を求める。２つに分けた光が同一の距離を進んで合成された場合は、光の波の位相が一致しており互いに強め合う。一方、半波長だけずれて合成された場合は、光の波の山と谷が重なることとなり弱めあう。場所により光路差が一定でない場合には、明暗の干渉縞が観察される。観測対象物にピントが合う位置（合焦位置）と共役な位置に参照ミラーを配置しておくことで、干渉縞が最も明るくなる位置をピントがあった位置と判断することが可能となる。
【０００３】
このような干渉計を用いた干渉測定法には、照明光として使用する光源に単波長、又は狭い帯域幅に限定した光を用いる位相シフト干渉方式（ＰＳＩ：Phase Shift Interferometry）と、白色光を用いる垂直走査型干渉方式（ＶＳＩ：Vertical Scanning Interferometry）とが知られている。図１に、（ａ）ＰＳＩ測定、（ｂ）ＶＳＩ測定による干渉縞の光強度パターン（干渉縞波形）を示すグラフ、図２に、観測対象物Ｗが段差を有する場合に観測される干渉縞波形を、（ａ）ＰＳＩ測定、（ｂ）ＶＳＩ測定それぞれについて示す。
【０００４】
また、上記のＰＳＩ測定、ＶＳＩ測定の原理を利用した測定装置が開発されている。特に近年では、干渉縞をモノクロカメラ、特にＣＣＤカメラ等の電子モノクロカメラでピントをずらしながら連続的に撮影し、その画像群から各画素の輝度情報を高さ方向に抜き出し、そこに現れる干渉縞のパターンを解析して最大輝度を示す位置を特定し、自動的に画像全体の高さ情報を算出する顕微鏡タイプの測定器が開発されている。このような干渉計測装置の構成を図３に、ブロック図を図４に、それぞれ示す。
（ＰＳＩ方式干渉計測装置）
【０００５】
図３は、ＰＳＩ方式の干渉計測装置本体１を示しており、光源１０と、カラーフィルタ２０と、コレクタレンズ３０と、ビームスプリッタ３２と、干渉対物レンズ４０と、結像レンズ３４と、撮像手段としてモノクロＣＣＤカメラ５１とを備える。光源１０から発した光を、カラーフィルタ２０を透過させて単色光の照明光とし、コレクタレンズ３０を介してビームスプリッタ３２に入射させる。ビームスプリッタ３２はハーフミラー等が用いられる。ここではビームスプリッタ３２で光の一部が反射され干渉対物レンズ４０を介して観測対象物Ｗに照射され、その表面で反射された光が干渉対物レンズ４０を介してビームスプリッタ３２を透過し、結像レンズ３４を介してモノクロＣＣＤカメラ５１に結像される。干渉対物レンズ４０は干渉対物レンズ駆動機構４２で高さ方向（Ｚ方向）に駆動される。観測対象物Ｗに照射される光には、干渉対物レンズ４０内部のビームスプリッタ４４によって２つに分離された一方が用いられる。他方の光は干渉対物レンズ４０内部の参照ミラー４６に導かれ、そこからの反射光は再びビームスプリッタ４４によって観測対象物Ｗからの反射光と合成される。このときに観測対象物Ｗからの光と参照ミラー４６からの光が干渉して干渉縞が発生し、この干渉縞がモノクロＣＣＤカメラ５１によって検出される。モノクロＣＣＤカメラ５１は、結像された画像を撮像して画像データを取得する。このようにして干渉計測装置本体１で撮像された画像データは、コントローラ部７０側に送出されて解析され、高さ情報が演算される。
【０００６】
図４は、干渉計測装置のシステム構成を示しており、コントローラ部７０に干渉計測装置本体とモニタ部６０とが接続されている。コントローラ部７０は図４に示すように、画像キャプチャブロック７１と、ＣＰＵ７２と、Ｚ駆動機構用ドライバ７３と、データ処理ブロック７４と、画像メモリ７５と、表示データ生成ブロック７６とを備える。干渉計測装置システムの制御の中心はＣＰＵ７２で行われ、ＣＰＵ７２が干渉計測装置本体とコントローラ部７０の動作を制御する。ここでは、ＣＰＵ７２は干渉計測装置本体のモノクロＣＣＤカメラ５１を制御し、モノクロＣＣＤカメラ５１で撮像された画像データを画像キャプチャブロック７１でキャプチャし、データ処理ブロック７４で高さデータを算出すると共に、画像メモリ７５に画像データを格納する。またデータ処理ブロック７４で算出された高さデータは、表示データ生成ブロック７６に送出され、３次元画像の生成等に利用され、モニタ部６０にて出力される。モニタ部６０はＣＲＴや液晶ディスプレイ等が利用でき、測定された高さ情報を表示させる他、すべての位置でピントのあった超深度画像を表示させたり、Ｒ、Ｇ、Ｂの輝度情報のヒストグラム表示等を行わせてもよい。一方、ＣＰＵ７２はＺ駆動機構用ドライバ７３によって干渉対物レンズ４０の駆動を制御する。Ｚ駆動機構用ドライバ７３がＣＰＵ７２と干渉対物レンズ駆動機構４２の間に介在し、干渉計測装置本体の干渉対物レンズ４０を駆動する。
（ＰＳＩ測定）
【０００７】
ＰＳＩ測定では、照明光として、主にレーザ光のような単波長／可干渉距離の長い光が用いられる。ＰＳＩ測定では、高さ方向すなわちｚ軸方向の位置によって光の強度が異なる干渉縞波形が、図１（ａ）のように観測される。このＰＳＩ測定では、光の１波長分よりも短いような非常に狭い範囲では、極めて高精度な測定が可能である。すなわち、ＰＳＩ測定は用いる光の（中心）波長が正確に判明しておれば、光の１波長中で３点以上が観測できれば元の正弦波を正確に再現して位相計算ができるため、非常に高精度にピーク位置を演算でき、有効分解能０．１〜０．０１ｎｍクラスでの測定が可能である。例えば図５に示すように、π／２の間隔で４点をサンプリングすれば、容易に元の正弦波を再現することができ、矢印で示すピーク位置を位相計算で正確に求めることができる。
【０００８】
図５に示すようなＰＳＩ測定による高さ測定の手順の一例を、図６のフローチャートに基づき説明する。まずステップＳ１０１で測定を開始し、ステップＳ１０２で測定光の波長の１／４に相当する距離分、干渉対物レンズ４０を移動させる。そしてステップＳ１０３で、撮像手段としてモノクロＣＣＤカメラ５１で画像を撮像し、撮像した画像をステップＳ１０４で画像メモリ７５に格納する。そしてステップＳ１０５で４枚の画像を取得したかどうか、すなわち測定光の一波長中に４点の画像が取得されたかどうかを判定し、未だの場合はステップＳ１０２に戻って干渉対物レンズ４０を移動させ画像取得を繰り返す。４枚の画像が取得された時点でステップＳ１０６に進み、画像メモリ７５に格納された画像データから、各画素毎に干渉縞コントラストからそのピーク位置を直接推定する方法で演算し、高さデータを生成する。そしてステップＳ１０７で高さデータを表示、保存する等の出力を行う。
【０００９】
しかしながら、ＰＳＩ測定では使用する光の可干渉性が強いため、図１（ａ）に示すように隣り合う干渉縞間での光の強度差が極めて小さくなり、干渉縞の内からピーク位置すなわち合焦位置を区別することが非常に困難となる。このため、図２（ａ）に示すように光の１波長を越える段差を測定しようとしても、干渉縞の最大ピーク位置が特定できないため、高さ情報に波長の整数倍の不確定さが発生するという問題があった。
（ＶＳＩ測定）
【００１０】
これを克服する方法として、光源にハロゲンランプ等の広い波長特性を持つ白色光源を利用するＶＳＩ測定が考案された。ＶＳＩ測定で使用される白色光は、可干渉距離が１μｍ前後（干渉縞数本分）と非常に短い。このため、ＶＳＩ測定で観測される干渉縞波形は、図１（ｂ）のように隣り合う干渉縞の光の強度差が大きいため、最も明るい干渉縞を容易に見つけ出すことができ、合焦位置の特定が確実に行える。例えば図２（ｂ）に示すような階段状の観測対象物Ｗに対しても、最大ピーク位置が明らかであるため、容易に高さＨを決定できる。このようにＶＳＩ測定ではＰＳＩ測定のような波長の整数倍の不確定さが発生せず、起伏の激しい形状でも正しく高さ情報を得ることができるという利点が得られる。
【００１１】
ＶＳＩ方式の干渉計測装置の構成を図７に示す。この図に示すようにＶＳＩ方式は、ハードウェア的にはＰＳＩ測定とほぼ同等であり、ＰＳＩ方式のような光源１０の光をフィルタするカラーフィルタは不要である。またＶＳＩ測定による高さ測定の手順の一例を、図８のフローチャートに基づき説明する。まずステップＳ２０１として、予めユーザが高さ方向の測定範囲、ここでは干渉対物レンズ４０の高さ方向（Ｚ方向）におけるスキャン範囲を指定する。そしてステップＳ２０２で測定を開始し、ステップＳ２０３で干渉対物レンズ４０をＺスキャン開始位置に移動させる。次にステップＳ２０４で、所定のピッチで干渉対物レンズ４０を移動させる。さらにステップＳ２０５で、モノクロＣＣＤカメラ５１で画像を撮像し、撮像した画像をステップＳ２０６で画像メモリ７５に格納する。次にステップＳ２０７でＺスキャン終了位置に到達したかどうかを判定し、未だの場合はステップＳ２０４に戻って干渉対物レンズ４０を所定のピッチ移動させ画像取得を繰り返す。Ｚスキャンが終了した時点でステップＳ２０８に進み、画像メモリ７５に格納された画像データから、各画素毎に干渉縞ピークを位相計算で演算し、高さデータを生成する。そしてステップＳ２０９で高さデータを表示、保存する等の出力を行う。
【００１２】
しかしながら、ＶＳＩ測定は干渉縞コントラストからそのピーク位置を直接推定するという原理で高さ測定を行う（正弦波の位相計算を行わない）ため、精度的にはＰＳＩ測定に劣るという欠点があった。一般にＶＳＩ測定では有効分解能が１ｎｍ以上となり、ＰＳＩ測定に比べて１／１０〜１／１００の精度となってしまう。
【００１３】
一方、ＰＳＩ測定は通常、装置に搭載しているモノクロカメラの感度が高い波長の光を利用することが多い。このため、例えば観測対象物の色がＰＳＩ測定で用いる光を殆ど反射しないような色であった場合、得られる干渉縞のＳＮ比が悪化してしまう。一例として、ＰＳＩ測定で取得された干渉縞波形のＳＮ比が悪い例を図９に示す。この図に示すように、観測対象物からの反射光が少ないと干渉縞の強度振幅が低下し、図９の例では図１に比べて１／３程度となっている。この場合は、カメラや処理回路の利得を上げる必要があるため、干渉縞波形の正弦波波形にもノイズが乗って乱れ、ＳＮ比の悪い信号となる。その結果、ピーク位置の検出精度も低下してしまう。このように、高さの測定精度が観測対象物の色に影響を受けてしまうという問題もあった。
【特許文献１】特許２９２０５３３号公報
【特許文献２】特開２００１−２４１９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
このように、ＰＳＩ測定、ＶＳＩ測定それぞれに一長一短があり、言い換えると広い範囲で高精度に検出できる干渉計測装置が望まれていた。白色光からの干渉縞から高さ情報を得るＶＳＩ測定は、観測対象の色に対するロバスト性は高いが、単色光の干渉縞から高さ情報を得るＰＳＩ測定に比べて精度に劣るという問題がある。またＰＳＩ測定では、高精度の測定が可能である反面、観測対象の色に対するロバスト性が低いという問題があった。また他の手法での干渉計測装置においては、干渉縞を高精度に測定するためにヘテロダイン干渉法が用いられてきたが、音響光学変調器等が必要となってしまう問題があった。
【００１５】
本発明は、このような問題点に鑑みて成されたものである。本発明の第１の目的は、観測対象物の色に依らず、精度良く高さ測定可能な干渉計測装置及び干渉計測方法を提供することある。また第２の目的は、使用する光の波長よりも広い範囲で高精度に検出可能な干渉計測装置及び干渉計測方法を提供することある。
【００１６】
さらに一方で、上記顕微鏡タイプの干渉計測装置において、得られた画像群から画素毎に最もピントが合う位置の輝度情報のみを抽出して合成すると、観測対象物のＺ方向すなわち高さ方向全域にピントの合った画像が得られる（以下、この画像を「超深度画像」という）。この画像は白黒である。精度良く観測を行うという装置の目的から考えると、撮像手段として高感度かつ高ＳＮ比のモノクロカメラを選択するのは妥当ではあるが、これにより観測対象物の色情報が失われてしまうこともまた事実であり、観測用途によっては色情報を持つカラー画像での観測が求められていた。
【００１７】
本発明はさらに、このような問題点に鑑みて成されたものである。本発明の第３の目的は、カラー画像での観測が可能な干渉計測装置及び干渉計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の干渉計測装置は、観測対象物に対して光を照射可能な照明手段と、照明手段から照射された光に光路差を発生させる光学系と、光学系により得られた画像から干渉縞コントラストを検出する干渉縞検出手段と、干渉縞検出手段により得られた干渉縞から、干渉縞波形のピーク位置を干渉縞コントラストから直接、もしくは位相計算、もしくはその両者を用いることにより算出することで、ピーク位置に対応する深度を算出する深度算出手段とを備える干渉計測装置であって、照明手段は、複数の異なる発光色を照射可能であり、干渉縞検出手段は、照明手段の発光色毎に干渉縞を検出可能であり、深度算出手段は、干渉縞検出手段で検出した発光色毎の干渉縞から、発光色毎の深度を算出可能であり、干渉計測装置はさらに、深度算出手段で算出された発光色毎の深度を合成して、観測対象物の高さ情報を演算可能な高さ情報演算手段を備える。これによって、複数の発光色毎に検出した干渉縞から得た深度を合成して、観測対象物の高さを高精度に測定することが可能となる。
【００１９】
また本発明の第２の干渉計測装置は、照明手段が、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光色を照射可能であり、高さ情報演算手段は、Ｒ、Ｇ、Ｂ毎に高さ情報を算出可能に構成している。これによって、Ｒ、Ｇ、Ｂ毎にヒストグラムを表示したり、Ｒ、Ｇ、Ｂ情報を利用したカラー画像を合成する等、色情報を活用することができる。
【００２０】
さらに本発明の第３の干渉計測装置は、照明手段が、Ｒ、Ｇ、Ｂに発光可能なＬＥＤを使用している。３色に発光可能なＬＥＤは、Ｒ、Ｇ、Ｂ毎に個別のＬＥＤ素子を用意してもよく、また１個のＬＥＤで発光色を３色に発光可能なタイプを１又は複数個用意することもできる。
【００２１】
さらにまた本発明の第４の干渉計測装置は、照明手段は、白色光を発光可能な光源を備えており、干渉縞検出手段は、複数色の干渉縞を撮像可能なカラー撮像素子を備えている。これにより、光源の白色光からＲ、Ｇ、Ｂ成分毎に干渉縞を、カラー撮像素子で一括して検出することができる。
【００２２】
さらにまた本発明の第５の干渉計測装置は、照明手段は、白色光を発光可能な光源を備えており、干渉縞検出手段は、白色光のＲ、Ｇ、Ｂ成分のいずれかについて干渉縞を検出可能なモノクロの干渉縞を撮像可能なモノクロ撮像素子をＲ、Ｇ、Ｂ用にそれぞれ備えている。これにより、光源の白色光からＲ、Ｇ、Ｂ成分毎にモノクロ撮像素子でそれぞれ干渉縞を検出することができる。
【００２３】
さらにまた本発明の第６の干渉計測装置は、照明手段は、白色光を発光可能な光源と、特定の色成分を透過可能な一以上のカラーフィルタとを備えており、干渉縞検出手段は、モノクロの干渉縞を撮像可能なモノクロ撮像素子を備える。これにより、カラーフィルタを切り替えることで照明手段の発光色を変更でき、発光色毎に干渉縞検出手段で干渉縞を検出することができる。
【００２４】
さらにまた本発明の第７の干渉計測装置は、干渉計測装置を少なくともＰＳＩ測定、ＶＳＩ測定など複数の測定モードを切替可能な切替手段を備える。これによってＰＳＩ測定、ＶＳＩ測定いずれの方式の干渉計測装置としても利用できる。
【００２５】
さらにまた本発明の第８の干渉計測装置は、光学系が、撮像手段に結像させるための結像レンズと、光源から照射された光を観測対象物に向かう光と撮像手段に向かう光とに分割する分割手段と、光軸方向に相対的に移動させ、観測対象物からの高さを変更可能な干渉対物レンズとを含む。
【００２６】
さらにまた本発明の第９の干渉計測方法は、少なくとも第１の発光色と、第１の発光色と異なる第２の発光色に発光可能な照明手段と、照明手段から照射された光に光路差を発生させる光学系として、光軸方向に相対的に移動させ、観測対象物からの高さを変更可能な干渉対物レンズと、光学系を通じた光を結像して画像を撮像する撮像手段と、撮像手段で検出された干渉縞コントラストから、干渉縞波形のピーク位置を干渉縞コントラストから直接、もしくは位相計算、もしくはその両者を用いることにより算出することで、ピーク位置に対応する深度を算出可能な深度算出手段と、深度算出手段で算出された深度から、観測対象物の高さ情報を演算可能な高さ情報演算手段とを備える干渉計測装置を用いて、観測対象物の深度を測定する干渉計測方法であって、照明手段を第１の発光色に発光させ、第１の発光色の光の波長の１／３以下に相当する所定の距離だけ干渉対物レンズを相対的に移動させ、撮像手段で画像を撮像する工程と、干渉対物レンズをさらに所定の距離だけ相対的に移動させて画像を撮像する工程を繰り返し、少なくとも３枚の画像の取得する工程と、取得された各画像を構成する単位画素毎に、少なくとも３点の光強度に基づいてこれらの点を通る任意の発光色の干渉縞波形のピーク位置を深度算出手段で求め、このピーク位置を合焦位置として該単位画素の深度を取得し、これをすべての単位画素について行うことで第１の発光色に関する深度を取得する工程と、照明手段の発光色を第１の発光色から第２の発光色に切り替え、上記の工程を繰り返すことで第２の発光色に関する深度を取得する工程と、第１の発光色に関する深度と、第２の発光色に関する深度とを平均化して、高さ情報演算手段で観測対象物の高さ情報を演算する工程とを含む。これによって、複数の発光色で個別に深度を計測しこれらを平均化できるため、観測対象物の色によらず高さ計測を安定して行うことができる。平均化には、単なる平均の他、干渉縞波形の干渉縞強度が低いデータについては、重み付けを低く設定したり演算に利用しないといった加重平均等の処理が利用できる。
【００２７】
さらにまた本発明の第１０の干渉計測方法は、少なくとも第１の発光色と、第１の発光色と異なる第２の発光色に発光可能な照明手段と、照明手段から照射された光に光路差を発生させる光学系として、光軸方向に相対的に移動させ、観測対象物からの高さを変更可能な干渉対物レンズと、光学系を通じた光を結像して画像を撮像する撮像手段と、撮像手段で検出された干渉縞コントラストから、干渉縞波形のピーク位置を干渉縞コントラストから直接、もしくは位相計算、もしくはその両者を用いることにより算出することで、ピーク位置に対応する深度を算出可能な深度算出手段と、深度算出手段で算出された深度から、観測対象物の高さ情報を演算可能な高さ情報演算手段とを備える干渉計測装置を用いて、観測対象物の深度を測定する干渉計測方法であって、照明手段を第１の発光色に発光させ、第１の発光色の光の波長の１／３以下に相当する距離だけ干渉対物レンズを相対的に移動させ、撮像手段で画像を撮像する工程と、照明手段の発光色を第１の発光色から第２の発光色に切り替え、同様に撮像手段で画像を撮像する工程と、干渉対物レンズをさらに所定の距離だけ相対的に移動させて、第１の発光色、第２の発光色それぞれにつき画像を撮像する工程を繰り返し、少なくとも３枚の画像の取得する工程と、取得された各画像を構成する単位画素毎に、少なくとも３点の光強度に基づいてこれらの点を通る任意の発光色の干渉縞波形のピーク位置を深度算出手段で求め、このピーク位置を合焦位置として該単位画素の深度を取得し、これをすべての単位画素について行うことで第１の発光色、第２の発光色それぞれに関する深度を取得する工程と、第１の発光色に関する深度と、第２の発光色に関する深度とを平均化して、高さ情報演算手段で観測対象物の高さ情報を演算する工程とを含む。これによって、複数の発光色で個別に深度を計測しこれらを平均化できるため、観測対象物の色によらず高さ計測を安定して行うことができる。
【００２８】
さらにまた本発明の第１１の干渉計測方法は、少なくとも第１の発光色と、第１の発光色と異なる第２の発光色に発光可能な照明手段と、照明手段から照射された光に光路差を発生させる光学系として、光軸方向に相対的に移動させ、観測対象物からの高さを変更可能な干渉対物レンズと、光学系を通じた光を結像して画像を撮像する撮像手段と、撮像手段で検出された干渉縞コントラストから、干渉縞波形のピーク位置を干渉縞コントラストから直接、もしくは位相計算、もしくはその両者を用いることにより算出することで、ピーク位置に対応する深度を算出可能な深度算出手段と、深度算出手段で算出された深度から、観測対象物の高さ情報を演算可能な高さ情報演算手段とを備える干渉計測装置を用いて、観測対象物の深度を測定する干渉計測方法であって、照明手段を第１の発光色に発光させ、第１の発光色の光の波長の１／３以下に相当する距離だけ干渉対物レンズを相対的に移動させ、撮像手段で画像を撮像する工程と、干渉対物レンズをさらに所定の距離だけ相対的に移動させて画像を撮像する工程を繰り返し、少なくとも３枚の画像の取得する工程と、取得された各画像を構成する単位画素毎に、少なくとも３点の光強度に基づいてこれらの点を通る任意の発光色の干渉縞波形のピーク位置を深度算出手段で求め、このピーク位置を合焦位置として該単位画素の深度を取得し、これをすべての単位画素について行うことで第１の発光色に関する深度を取得する工程と、照明手段の発光色を第１の発光色から第２の発光色に切り替え、上記の工程を繰り返すことで第２の発光色に関する深度を取得する工程と、第１の発光色に関する光強度と第２の発光色に関する光強度とを合成し、輝度情報を有する輝度画像データ群を生成する工程と、輝度画像データ群から、深度算出手段が各単位画素毎に干渉縞波形のピーク位置を求め、ピーク位置に対応する輝度画像深度を検出し、第１の発光色・第２の発光色に関する深度を輝度画像深度で補正し、観測対象物の高さ情報を演算する工程とを含む。これによって、ＶＳＩ測定相当の干渉縞波形を生成し、ＰＳＩ測定で不可避的に生じていた波長の整数倍の不確定さを排除しつつ、ＰＳＩ測定の高精度な高さ測定を実現できる。
【００２９】
さらにまた本発明の第１２の干渉計測方法はさらに、観測対象物の高さ情報に基づいて、第１の発光色、第２の発光色の画像から合焦位置の画像輝度情報を単位画素毎に収集し、これらを合成してカラーの超深度画像を生成する工程を含む。これにより、高さ方向に焦点のあった２次元の超深度画像をカラーで得ることができる。
【００３０】
さらにまた本発明の第１３の干渉計測方法はさらに、観測対象物の高さ情報と、カラーの超深度画像とを合成して３次元カラー超深度画像を生成する工程を含む。これにより、高さ方向に焦点のあった３次元画像をカラーで得ることができる。
【００３１】
さらにまた本発明の第１４の干渉計測方法は、Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれかである第１の発光色と、第２の発光色と、第３の発光色に発光可能な照明手段と、照明手段から照射された光に光路差を発生させる光学系として、光軸方向に相対的に移動させ、観測対象物からの高さを変更可能な干渉対物レンズと、光学系を通じた光を結像して画像を撮像する撮像手段と、撮像手段で検出された干渉縞コントラストから、干渉縞波形のピーク位置を干渉縞コントラストから直接、もしくは位相計算、もしくはその両者を用いることにより算出することで、ピーク位置に対応する深度を算出可能な深度算出手段と、深度算出手段で算出された深度から、観測対象物の高さ情報を演算可能な高さ情報演算手段とを備える干渉計測装置を用いて、観測対象物の深度を測定する干渉計測方法であって、照明手段を第１の発光色に発光させ、第１の発光色の光の波長の１／３以下に相当する距離だけ干渉対物レンズを相対的に移動させ、撮像手段で画像を撮像する工程と、干渉対物レンズをさらに所定の距離だけ相対的に移動させて画像を撮像する工程を繰り返し、少なくとも３枚の画像の取得する工程と、取得された各画像を構成する単位画素毎に、少なくとも３点の光強度に基づいてこれらの点を通る任意の発光色の干渉縞波形のピーク位置を深度算出手段で求め、このピーク位置を合焦位置として該単位画素の深度を取得し、これをすべての単位画素について行うことで第１の発光色に関する深度を取得する工程と、照明手段の発光色を第１の発光色から第２の発光色に切り替え、上記の工程を繰り返すことで第２の発光色に関する深度を取得する工程と、照明手段の発光色を第２の発光色から第３の発光色に切り替え、上記の工程を繰り返すことで第３の発光色に関する深度を取得する工程と、第１の発光色に関する深度と、第２の発光色に関する深度と、第３の発光色に関する深度とを平均化して、高さ情報演算手段で観測対象物の高さ情報を演算する工程とを含む。これによって、複数の発光色で個別に深度を計測しこれらを平均化できるため、観測対象物の色によらず高さ計測を安定して行うことができる。
【００３２】
さらにまた本発明の第１５の干渉計測方法は、少なくとも白色に発光可能な照明手段と、照明手段から照射された光に光路差を発生させる光学系として、光軸方向に相対的に移動させ、観測対象物からの高さを変更可能な干渉対物レンズと、光学系を通じた光を結像して画像を撮像する撮像手段であって、複数色の干渉縞を撮像可能なカラー撮像素子を含む撮像手段と、撮像手段で検出された干渉縞コントラストから、干渉縞波形のピーク位置を干渉縞コントラストから直接、もしくは位相計算、もしくはその両者を用いることにより算出することで、ピーク位置に対応する深度を算出可能な深度算出手段と、深度算出手段で算出された深度から、観測対象物の高さ情報を演算可能な高さ情報演算手段とを備える干渉計測装置を用いて、観測対象物の深度を測定する干渉計測方法であって、照明手段を白色光に発光させ、白色光に含まれるＲ、Ｇ、Ｂのいずれかである第１の発光色成分、第２の発光色成分、第３の発光色成分につき、それぞれ波長の１／３以下に相当する距離だけ干渉対物レンズを相対的に移動させ、カラー撮像素子を含む撮像手段で各色の画像を撮像する工程と、干渉対物レンズをさらに所定の距離だけ相対的に移動させて、第１の発光色、第２の発光色、第３の発光色それぞれにつき画像を撮像する工程を繰り返し、一波長の範囲内で少なくとも３枚の画像の取得する工程と、取得された各画像を構成する単位画素毎に、少なくとも３点の光強度に基づいてこれらの点を通る任意の発光色の干渉縞波形のピーク位置を深度算出手段で求め、このピーク位置を合焦位置として該単位画素の深度を取得し、これをすべての単位画素について行うことで第１の発光色、第２の発光色、第３の発光色それぞれに関する深度を取得する工程と、第１の発光色に関する深度と、第２の発光色に関する深度と、第３の発光色に関する深度とを平均化して、高さ情報演算手段で観測対象物の高さ情報を演算する工程とを含む。これによって、複数の発光色で個別に深度を計測しこれらを平均化できるため、観測対象物の色によらず高さ計測を安定して行うことができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の干渉計測装置及び干渉計測方法によれば、複数の発光色毎に検出した干渉縞から得た深度を合成して、観測対象物の高さを高精度に測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための干渉計測装置及び干渉計測方法を例示するものであって、本発明は干渉計測装置及び干渉計測方法を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００３５】
本明細書において干渉計測装置とこれに接続される操作、制御、入出力、表示、その他の処理等のためのコンピュータ、プリンタ、外部記憶装置その他の周辺機器との接続は、例えばＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ−２３２ｘ、ＲＳ−４２２、ＲＳ−４２３、ＲＳ−４８５、ＵＳＢ等のシリアル接続、パラレル接続、あるいは１０ＢＡＳＥ−Ｔ、１００ＢＡＳＥ−ＴＸ、１０００ＢＡＳＥ−Ｔ等のネットワークを介して電気的に接続して通信を行う。接続は有線を使った物理的な接続に限られず、ＩＥＥＥ８０２．１ｘ、ＯＦＤＭ方式等の無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ等の電波、赤外線、光通信等を利用した無線接続等でもよい。さらに観察像のデータ保存や設定の保存等を行うための記録媒体には、メモリカードや磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が利用できる。
（実施の形態１）
【００３６】
図１０に、本発明の実施の形態１に係る干渉計測装置１００の構成を示すブロック図を、図１１に、干渉計測装置１００のシステム構成を示すブロック図を、それぞれ示す。この干渉計測装置１００は、干渉計測装置本体１と、これに接続されて制御を行うコントローラ部７０と、モニタ部６０とを備える。干渉計測装置本体１は、図１０に示すように、観測対象物Ｗに照明光を照射する照明手段と、照明光に光路差を発生させる光学系と、光路差により生じる干渉縞コントラストを検出する干渉縞検出手段５０とを備える。照明手段は、光源１０と、カラーフィルタ２０とで構成される。
（光源１０）
【００３７】
光源１０は、ハロゲンランプや、メタルハライドランプ等のＨＩＤランプ、水銀ランプ等のアーク放電管の他、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（半導体レーザ）等、白色光を発光可能な光源が利用できる。特にＬＥＤは、小型で低消費電力であり、球切れがなく機械的振動にも強く、長寿命で信頼性も高く、好適である。また後述するように、Ｒ、Ｇ、Ｂ等他の色に発光可能な光源を利用することもできる。
【００３８】
さらに、複数の光源を備えて、これらを切り替え可能とすることもできる。特にＰＳＩ測定とＶＳＩ測定とを切り替え可能とする構成においては、例えば光源としてＬＥＤとハロゲンランプとを切替可能とし、ＰＳＩ測定では照明光の波形がシャープなＬＥＤを単色光の光源として利用し、一方ＶＳＩ測定では、スペクトル波形がよりブロードなハロゲンランプを白色光の光源とすることができる。
（カラーフィルタ２０）
【００３９】
カラーフィルタ２０は、光源１０の白色光からＲ、Ｇ、Ｂ成分を取り出すために光路に挿入される。この干渉計測装置をＰＳＩ方式と同様の方法にて測定する場合に、波長域を制限してＲ、Ｇ、Ｂいずれかの単色光を取り出す。このカラーフィルタ２０には、干渉フィルタ等が利用され、複数のカラーフィルタをフィルタ切替手段２２で切り替え可能としている。なお、使用される照明光の種類に応じて複数のカラーフィルタを用意し、これらを切り替え可能、あるいは脱着して交換可能とすることもできる。またこの干渉計測装置をＶＳＩ方式にて測定することもでき、この場合は光源１０の白色光を照明光としてそのまま利用するため、光路からカラーフィルタが排除される。このようにカラーフィルタ２０は、フィルタ切替手段２２で複数のカラーフィルタを切り替え、またカラーフィルタの使用／非使用を切り替えることができる。フィルタ切替手段２２は、コントローラ部７０により制御される。
（切替手段）
【００４０】
またコントローラ部７０は、フィルタの使用／非使用によるＰＳＩ測定、ＶＳＩ測定の切り替えに限られず、後述するように光源１０の発光色及び／又は干渉縞検出手段５０の制御によって、ＰＳＩ測定とＶＳＩ測定とを切り替えることもできる。この切替手段は、ＣＰＵ７２によって実現される。
（光学系）
【００４１】
光学系は、コレクタレンズ３０と、分割手段と、干渉対物レンズ４０と、結像レンズ３４とで構成される。コレクタレンズ３０は複数のコリメートレンズ等の色収差補正レンズが利用できる。分割手段はハーフミラー等のビームスプリッタ３２による振幅分割が一般的であるが、波面分割や偏光分割等も利用できる。また分割手段は、分割された光の重ね合わせ手段も兼用しているが、分割手段と重ね合わせ手段を個別に設けることもできる。照明手段からコレクタレンズ３０を介してビームスプリッタ３２に入射した光は、透過してそのまま干渉縞検出手段５０に向かう成分と、反射して観測対象物Ｗに向かい帰還される成分とに分割され、この光路差によって干渉縞を生成する。すなわち、ビームスプリッタ３２に入射された光の内、干渉対物レンズ４０を通過して観測対象物Ｗに照射され、その表面等で反射されて干渉対物レンズ４０を再度通過してビームスプリッタ３２に帰還する成分は、結像レンズ３４を透過してそのまま干渉縞検出手段５０に入射する成分に比べて光路差が発生するため、照明光の波長のずれによって干渉縞が強め合ったり弱め合ったりする。この干渉縞を、干渉縞検出手段５０で検出して、深度を算出できる。
（干渉縞検出手段５０）
【００４２】
干渉縞検出手段５０は、干渉縞を検出可能な光学素子である。干渉縞検出手段５０としては干渉縞を検出できれば足りるが、画像の撮像が可能な撮像手段を干渉縞検出手段５０に兼用することで、画像データの取得と干渉縞の検出を一の部材で行うことができる。このような撮像手段を兼用した干渉縞検出手段５０としては、画像を撮像可能なモノクロＣＣＤカメラやカラーＣＣＤカメラ等が利用できる。モノクロＣＣＤカメラは、Ｒ、Ｇ、Ｂいずれかのモノクロの干渉縞を撮像可能なモノクロＣＣＤ撮像素子を備える。またカラーＣＣＤカメラは、干渉縞をＲ、Ｇ、Ｂ成分に分けて撮像可能なカラーＣＣＤ撮像素子を備えている。またＣＣＤに代わって、Ｃ−ＭＯＳ等の画像センサを使用することもできる。図１０の例では、Ｒ、Ｇ、Ｂ用のカラーフィルタ２０をフィルタ切替手段２２で選択してＲ、Ｇ、Ｂの照明光を切り替え可能としているため、モノクロＣＣＤカメラを干渉縞検出手段５０として利用できる。
（干渉対物レンズ４０）
【００４３】
干渉対物レンズ４０は、干渉対物レンズ駆動機構４２により、Ｚ軸方向、すなわち高さ方向に移動可能としている。干渉対物レンズ駆動機構４２の制御は、コントローラ部７０の駆動制御部によって行われる。干渉対物レンズ駆動機構４２は、干渉対物レンズを正確に所定量移動させる為に、ステッピングモータ、ピエゾアクチュエータ等が利用できる。なお本実施の形態においては、干渉対物レンズ側を移動させることによって光学系の光軸方向における相対距離を変化させているが、干渉対物レンズを固定して観測対象物Ｗを載置するステージの高さを変化させてもよいし、光学系とステージの両方を移動させてもよい。
【００４４】
なお、上記の例では干渉対物レンズ４０の機構にいわゆるマイケルソン型の干渉計を利用したが、ミラウ（ミロー）型等、他の方式の干渉計を適用することも可能であることは言うまでもない。
（コントローラ部７０）
【００４５】
またコントローラ部７０は、干渉縞検出手段５０により得られた干渉縞から深度を算出する深度算出手段と、この深度から観測対象物の高さ情報を演算可能な高さ情報演算手段とを備える。図１１の例では、深度算出手段と高さ情報演算手段は、データ処理ブロック７４で実現される。この図に示すコントローラ部７０は、画像キャプチャブロック７１と、ＣＰＵ７２と、Ｚ駆動機構用ドライバ７３と、データ処理ブロック７４と、画像メモリ７５と、表示データ生成ブロック７６と、各種の操作や設定を行うための入力デバイス７７を備える。ＣＰＵ７２は干渉計測装置本体１の干渉縞検出手段５０を制御し、干渉縞検出手段５０で撮像された画像データを画像キャプチャブロック７１でキャプチャし、データ処理ブロック７４で高さデータを算出すると共に、画像メモリ７５に画像データを格納する。またデータ処理ブロック７４で算出された高さデータは、表示データ生成ブロック７６に送出され、３次元画像の生成等に利用され、モニタ部６０にて出力される。一方、ＣＰＵ７２はＺ駆動機構用ドライバ７３によって干渉対物レンズ４０の駆動を制御する。Ｚ駆動機構用ドライバ７３がＣＰＵ７２と干渉対物レンズ駆動機構４２の間に介在し、干渉計測装置本体１の干渉対物レンズ４０を駆動する。また入力デバイス７７は、コントローラ部を介して白色干渉計測装置の操作や設定を行う部材であり、例えばユーザが出力画像をカラー画像、単色画像いずれにするかを選択するための出力選択手段として機能する。入力デバイス７７には、マウスやキーボード、コンソールや各種スイッチ等が利用できる。
【００４６】
この例では、干渉計測装置の制御を行うコントローラ部７０を干渉計測装置本体１と別個の部材としたが、これらを一体に構成してもよく、またモニタ部もコントローラ部や干渉計測装置本体と統合させることもできる。また、コントローラ部の機能の一部又は全部を、干渉計測装置と外部接続されたコンピュータに実現させることもできる。この場合、コンピュータは専用機器とする他、汎用のコンピュータに干渉計測装置の制御プログラムをインストールして、制御プログラムで干渉計測装置を制御するよう構成することもできる。
（実施の形態２）
【００４７】
また照明手段は、光源に白色光源を用いてカラーフィルタを介して単色光を取り出す構成の他、光源自体がＲ、Ｇ、Ｂ各色に発光可能なタイプを用いることができる。本発明の実施の形態２として図１２に示す干渉計測装置２００は、光源１２としてＲ、Ｇ、Ｂに発光可能なＬＥＤを使用している。このＬＥＤは、Ｒ、Ｇ、Ｂに発光可能なＬＥＤを組み合わせて光源１２としている。Ｒ、Ｇ、Ｂ各色に発光するＬＥＤは、必要に応じて複数個のＬＥＤを使用し、光量を調整することができる。また、一パッケージのＬＥＤ内にＲ、Ｇ、Ｂに発光可能なチップを搭載した多色発光型ＬＥＤを使用することもできる。このように、光源自体でＲ、Ｇ、Ｂの照明光を取り出し可能な照明手段を利用して、モノクロＣＣＤカメラ等の干渉縞検出手段で干渉縞を検出する構成であれば、カラーフィルタを不要にできるので、フィルタ切替手段等の機構を排除して機械的動作部分をなくしメンテナンスを容易にすると共に、装置の構成を簡素化できる。また、Ｒ、Ｇ、Ｂを同時に発光させることで白色光を照射することもでき、ＶＳＩ方式の干渉計測装置として機能させることもできる。なお図１２の干渉計測装置２００においては、照明手段以外は図１０に示す干渉計測装置１００と同じ部材が利用できるので、これらについては同じ番号を付すと共に、詳細説明を省略する。
（実施の形態３）
【００４８】
さらに、光源に白色光源を利用しつつ、干渉縞検出手段としてカラーＣＣＤカメラを使用することでも、カラーフィルタを不要にできる。本発明の実施の形態３として図１３に示す干渉計測装置３００は、ハロゲンランプ等の白色光源１０を利用し、白色光を照明光として照射しつつ、カラーＣＣＤカメラ５２を干渉縞検出手段５０に利用することにより、白色光からＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの成分を抽出して、各色毎に干渉縞を検出して処理できる。この方法であれば、照明手段をＲ、Ｇ、Ｂ毎にＬＥＤやフィルタ等を切り替える必要がなく、白色光を一度照射するだけでＲ、Ｇ、Ｂ成分の干渉縞を検出できる利点が得られる。なお図１３の干渉計測装置３００についも、照明手段や干渉縞検出手段５０以外は図１０、図１２等に示す干渉計測装置１００、２００と同じ部材が利用できるので、これらについては同じ番号を付すと共に、詳細説明を省略する。
（実施の形態４）
【００４９】
さらにまた、カラーＣＣＤカメラに代わって、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色成分について干渉縞を検出するモノクロＣＣＤ撮像素子を、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色用に各々備える構成も採用できる。本発明の実施の形態４として図１４に示す干渉計測装置４００は、干渉縞検出手段５０として、３つのモノクロＣＣＤカメラ５３を用意し、これらをダイクロックミラーユニット５４を介して光路上に配置している。これによって、白色光源１０からの白色照明光は、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色成分毎にダイクロイックミラーで波長毎に分離され、個別のモノクロＣＣＤカメラ５３にそれぞれが検出されて干渉縞が検出される。このように３つあるいはそれ以上のＣＣＤカメラを使用することで、白色光源１０でもカラーフィルタを使用することなくＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの干渉縞を検出でき、Ｒ、Ｇ、Ｂ毎の深度を演算できる。なお図１４の干渉計測装置４００においても、照明手段や干渉縞検出手段５０以外は図１０、図１２、図１３等に示す干渉計測装置と同じ部材が利用できるので、これらについては同じ番号を付すと共に、詳細説明を省略する。
（干渉計測方法）
【００５０】
次に、これらの干渉計測装置を利用して実際に観測対象物の高さ情報を測定する手順を以下説明する。まず図１２の干渉計測装置２００を利用した干渉計測方法を、図１５のフローチャートに基づいて説明する。この方法は、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色につき、単色光としてＰＳＩ方式相当の測定を行った後、各色で演算された深度（高さ）に基づいて全体の高さ、すなわち観測対象物の高さ情報を決定している。ここではステップＳ３０１で測定を開始すると、ステップＳ３０２でまず照明手段のＲのみを点灯する。すなわち、図１２に示す光源１２であるＲ、Ｇ、Ｂ３色に発光可能なＬＥＤのＲ（赤色）を点灯する。そしてステップＳ３０３で、赤色光の波長の所定の距離だけ、干渉対物レンズ４０を移動させる。ここでは、コントローラが駆動制御部でＺ方向駆動機構を駆動して、干渉対物レンズ４０をＺ方向すなわち高さ方向に移動させる。移動距離は、赤色光の波長の１／４に相当する距離となり、図１２の例では反射光が往復するため１／８波長となる。なお赤色光等の単色光は正弦波であるため、一波長中で位相をずらした点が３点あれば再現できるが、位相を９０°ずらした４点を取得すれば位相演算が容易となるので、この例では４点を取得するよう、所定の距離を１／４波長相当としている。また一波長中で５点以上の測定を行ってノイズの影響を平均化する等、さらにピーク位置の検出精度を向上させることもできる。
【００５１】
次にステップＳ３０４で、干渉縞検出手段５０であるモノクロＣＣＤカメラで赤色画像（Ｒ画像）を撮像し、赤色光の干渉縞を取得する。さらにステップＳ３０５で撮像した画像を画像メモリ７５に格納する。以上で赤色光の一枚の画像が取得されたことになる。その後ステップＳ３０６に進み、赤色光につき４枚の画像が取得されたかどうかを判定し、未だの場合はステップＳ３０３に戻って、同様に干渉対物レンズ４０を光軸方向に所定の距離幅でスキャンさせて画像撮像を繰り返す。そして４枚の画像が取得されると、ステップＳ３０７に進み、画像メモリ７５に格納された画像データから、画像を構成する単位画素毎に、深度検出手段が干渉縞のピーク位置を位相計算で求めると共に、得られたピーク位置に対応する高さを深度として決定する。ピーク位置の計算は、サンプリングされた点の内で最大強度の点をピークとするのではなく、サンプリング点から元の正弦波を求め、そのピーク位置（位相がπ／２となる位置）を算出するため、非常に高精度にピーク位置が演算できる。ピーク位置の位相を演算するアルゴリズムは、移動幅と画像枚数に応じて最適化される。
ここでは、赤色光で得られた深度をＨＲとする。なお単位画素とは、典型的には画像を構成する最小単位である、いわゆる一ピクセルを使用するが、必ずしも一ピクセルである必要はなく、例えば数ピクセルを一単位画素として演算することもできる。
【００５２】
以下、同様に発光色を赤色から緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に切り替えて、各々の深度ＨＧ、ＨＢをそれぞれ取得する。発光色が異なると波長も異なるため、干渉対物レンズ４０の移動幅や位相計算の波長パラメータ等は発光色に応じて適宜変更される。ここでは、ステップＳ３０８で発光色を赤色光から緑色光に切り替え、ステップＳ３０９で緑色光の波長の１／４に相当する距離だけ干渉対物レンズ４０を移動させ、ステップＳ３１０でモノクロＣＣＤカメラで緑色画像（Ｇ画像）を撮像し、ステップＳ３１１で画像メモリ７５に格納する。なお画像メモリ７５は、各発光色の干渉対物レンズ４０の位置毎に格納領域が確保される。そしてステップＳ３１２で、４枚のＧ画像が取得されたか判定し、未だの場合はステップＳ３０９に戻ってスキャンと撮像を繰り返し、４枚のＧ画像が取得された場合はステップＳ３１３に進んで、画像メモリ７５から各単位画素毎に干渉縞のピーク位置を位相計算で求め、緑色の深度ＨＧを決定する。
【００５３】
さらに同様に、ステップＳ３１４で発光色を緑色光から青色に切り替え、ステップＳ３１５で青色光の波長の１／４に相当する距離だけ干渉対物レンズ４０を移動させ、ステップＳ３１６でモノクロＣＣＤカメラで青色画像（Ｂ画像）を撮像し、ステップＳ３１７で画像メモリ７５に格納する。そしてステップＳ３１８で、４枚のＢ画像が取得されたか判定し、未だの場合はステップＳ３１５に戻ってスキャンと撮像を繰り返し、４枚のＢ画像が取得された場合はステップＳ３１９に進んで、画像メモリ７５から各単位画素毎に干渉縞のピーク位置を位相計算で求め、青色の深度ＨＢを決定する。
【００５４】
以上のようにしてＲ、Ｇ、Ｂ各色毎の深度ＨＲ、ＨＧ、ＨＢが取得されると、ステップＳ３２０で各色の深度を平均化して、高さ情報演算手段で観測対象物の高さ情報を演算する。そしてステップＳ３２１で、高さ情報をモニタ部に表示、保存するといった所望の出力を行う。なお平均化とは、単純平均（加算平均）に限られず、Ｒ、Ｇ、Ｂ毎に重み付けを行った加重平均とすることもできる。例えば図１６に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの干渉縞が得られた場合は、光強度の振幅が高く比較的高精度に得られた（ａ）Ｒと（ｃ）Ｂのデータを重視し、逆に反射光の光量が少なくノイズの見られる（ｂ）Ｇのデータは、重要度を低くするような重み付けを行う。重み付けは、例えば各波形の振幅やＳＮ比の高い発光色順等に基づいて決定できる。また、ＳＮ比の悪い色の結果を反映させないように排除することも可能であり、このような処理を含めてここでは平均化と呼ぶ。また平均化の手法は、上記方法に限られず、既存のその他の手法や、将来開発される各種の手法が適宜利用できる。
【００５５】
このように本実施の形態では、ＰＳＩ方式と同様の方法でＲ、Ｇ、Ｂ各色毎の深度ＨＲ、ＨＧ、ＨＢを測定しているため、各々の深度を高精度に測定できる。理屈上、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色毎の深度ＨＲ、ＨＧ、ＨＢは一致するはずであるが、現実にはノイズ等の影響もあり誤差が生じるので、これら３つを利用して精度を向上させるものである。ここではこれらを平均化することで、精度の悪いデータを軽視又は排除して、全体としての観測対象物の高さ情報を単色１回で行うＰＳＩ測定よりも正確に求めることができる。特に観測対象物の色によってはＲ、Ｇ、Ｂの特定の色でのＰＳＩ画像のＳＮ比が悪化することがあるが、他の色においてはそのような悪影響が出ないため、観測対象物の色に依存しない正確なＰＳＩ測定が可能となる。
【００５６】
なお、照明光の切り替えは、上記の例ではＲ、Ｇ、Ｂの順としたが、この順に限られず逆順等、任意の順番が採用できることは言うまでもない。さらに上記では、図１２の照明手段として、３色発光可能なＬＥＤを光源１２に用いる例を説明したが、図１０のような白色光源１０とカラーフィルタ２０の組み合わせに係る照明手段においても、同様の手順で実現できる。例えば、赤色光の点灯に際しては、白色光源１０と赤色成分用カラーフィルタ２０の組み合わせをフィルタ切替手段２２で選択することで実現できる。
（第２の干渉計測方法）
【００５７】
上記の方法では、Ｒ、Ｇ、Ｂ毎に干渉対物レンズ４０を３回スキャンしてＰＳＩ測定を行い、その結果を平均化して高さ情報を求めている。一方、一度のスキャンでＲ、Ｇ、Ｂ３色のＰＳＩ測定を行うこともできる。この計測方法を図１２の干渉計測装置２００で行う手順について、図１７のフローチャートに基づいて説明する。ステップＳ４０１で測定を開始すると、ステップＳ４０２で青色光の波長の１／４に相当する距離分、干渉対物レンズ４０を移動させる。そしてステップＳ４０３で、光源１２をＲのみ点灯させる。次にステップＳ４０４で、干渉縞検出手段５０であるモノクロＣＣＤカメラで青色画像（Ｂ画像）を撮像し、青色光の干渉縞を取得する。さらにステップＳ４０５で撮像した青色画像を画像メモリ７５に格納する。以上のようにして青色画像が一枚取得される。
【００５８】
以下同様の手順で、干渉対物レンズ４０を同じ高さに維持したまま緑色画像、赤色画像を取得する。具体的には、ステップＳ４０６で照明光をＲからＧに切り替えて、ステップＳ４０７でモノクロＣＣＤカメラで緑色画像を撮影し、ステップＳ４０８で画像メモリ７５に格納して緑色画像を取得する。さらにステップＳ４０９に進み、照明光をＧからＲに切り替えて、ステップＳ４１０でモノクロＣＣＤカメラで赤色画像を撮影し、ステップＳ４１１で画像メモリ７５に格納して赤色画像を取得する。
【００５９】
そしてステップＳ４１２で、Ｒ、Ｇ、Ｂ各発光色について４枚ずつ画像を取得したかどうかを判定し、未だの場合はステップＳ４０２に戻って干渉対物レンズ４０を所定幅移動させ、Ｂ、Ｇ、Ｒ画像を撮像する工程を繰り返す。このようにしてＲ、Ｇ、Ｂ毎に４枚の画像を取得すると、ステップＳ４１３に進み、画像メモリ７５に格納された各画像データから、単位画素毎に干渉縞のピーク位置を演算すると共に、得られたピーク位置に対応する深度ＨＲ、ＨＧ、ＨＢを決定する。さらにＲ、Ｇ、Ｂ各色毎の深度ＨＲ、ＨＧ、ＨＢを、ステップＳ４１４で平均化して、観測対象物の高さ情報を演算し、ステップＳ４１５で高さ情報を表示、保存する等、所望の出力を行う。
【００６０】
この方法では、一度のスキャンでＲ、Ｇ、Ｂ３色のＰＳＩ測定が実現されるため、図１５の方法に比較して機械的な動作を少なくし、より短時間での高さ測定が可能となる。なお、ここではＲ、Ｇ、Ｂの内で最も波長の短いＢに合わせて、青色光の一波長の１／４に相当する距離幅で干渉対物レンズ４０をスキャンさせている。したがって、赤色光及び緑色光では波長の１／４よりも短い移動幅となるが、ピーク位置を計算する際に干渉対物レンズ４０の移動距離をパラメータとして与えることで正しく計算できる。またこの例では波長の短い順にＢ、Ｇ、Ｒと画像を取得したが、この順に限られず、任意の順序で取得可能であることは言うまでもない。また干渉対物レンズ４０の移動幅も青色光の波長の１／４相当に限られず、赤色光や緑色光の１／４相当とすることもできる。各発光色の波長の１／３以下であれば、正弦波の元波形は再現できるからである。またサンプリングのピッチは等間隔でなくともよく、正弦波の１周期の中で３点以上サンプリングすることで正弦波を再現できる。
（第３の干渉計測方法）
【００６１】
上記の方法では、図１０若しくは図１２に示す干渉計測装置１００、２００を使用し、照明手段の発光色をＲ、Ｇ、Ｂに切り替えて、発光色毎の干渉縞を検出して高さ情報を各色毎に演算し、これらを平均化して観測対象物の高さを演算している。これに対して、図１３や図１４に示す干渉計測装置３００、４００では、照明手段に白色光を利用し、干渉縞検出手段５０側でＲ、Ｇ、Ｂ毎に干渉縞を検出することで、同様に発光色毎の干渉縞を検出して高さ情報を各色毎に演算し、これらに基づいて観測対象物の高さを演算している。以下、この手順を図１８のフローチャートに基づいて説明する。ステップＳ５０１で測定を開始すると、ステップＳ５０２で照明手段の光源１０を点灯し、白色光を出力する。次にステップＳ５０３で、Ｒ、Ｇ、Ｂいずれかの波長の１／４に相当する距離幅だけ、干渉対物レンズ４０を移動させる。この例では青色光を使用する。また、Ｒ、Ｇ、Ｂの波長とは、発光素子側でなく受光素子側、ここでは干渉縞検出手段５０として使用するＣＣＤカメラで受光されるＲ、Ｇ、Ｂの波長を意味する。そしてステップＳ５０４で、カラーＣＣＤカメラ５２で一括（図１３に係る実施の形態３）、もしくは３台のモノクロＣＣＤカメラ５３でＲ、Ｇ、Ｂそれぞれ別個に（図１４に係る実施の形態４）画像を撮像する。これによって、照明光が白色でも、干渉縞検出手段５０側でＲ、Ｇ、Ｂ成分毎に干渉縞を検出できる。以下の手順は上記図１５や図１７と同様の手法が利用できる。ここでは、ステップＳ５０６で一括画像４枚（図１３）あるいはＲ、Ｇ、Ｂ個別に各４枚の画像（図１４）を取得したかどうかを判定し、未だの場合はステップＳ５０３に戻って干渉対物レンズ４０の所定幅移動とＲ、Ｇ、Ｂ成分毎の撮像を繰り返す。Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの成分につき４枚の画像が撮像されると、ステップＳ５０７に進み、画像メモリ７５に格納された各画像データから、単位画素毎に干渉縞のピーク位置を演算すると共に、得られたピーク位置に対応する深度ＨＲ、ＨＧ、ＨＢを決定する。さらにステップＳ５０８で、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色毎の深度ＨＲ、ＨＧ、ＨＢを平均化して、観測対象物の高さ情報を演算し、ステップＳ５０９で高さ情報を表示、保存する等、所望の出力を行う。
【００６２】
この方法では、光源を白色光のまま維持して、受光側でＲ、Ｇ、Ｂ成分毎の干渉縞を検出するため、照明手段側での照明光の切り替えが不要となる。また、干渉縞検出手段は同時にＲ、Ｇ、Ｂ３色の画像を取得できるので、撮像時間も短くて済む利点が得られる。
【００６３】
なお図１３や図１４に示す干渉計測装置３００、４００においても、光源１０に白色光のみ発光可能なハロゲンランプやＨＩＤランプ等を利用する他、青色ＬＥＤと青色を吸収して黄色に変換する蛍光体等の波長変換部材を組み合わせた白色発光可能なＬＥＤや、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の発光を混色して白色発光可能なＬＥＤ等を利用することもできる。特に、ＰＳＩ測定とＶＳＩ測定を切り替え可能な干渉計測装置においては、ＬＥＤのようにＲ、Ｇ、Ｂから白色まで発光色を変更可能な光源はコストや小型化の面から好ましい。ただ、上述したようにＰＳＩ測定、ＶＳＩ測定に各々適した複数の光源を用意し、これらを切り替える構成とすることもできる。
【００６４】
以上のようにして、ＰＳＩ測定をＲ、Ｇ、Ｂ毎に行うことで、観測対象物の色等によらず、高い精度での高さ測定が可能となる。従来のＰＳＩ測定では、照明光に使用する単色光が観測対象物で反射されにくい場合、光強度が低くなり測定精度が悪くなるという問題があったが、本実施の形態によれば、特定の発光色について反射光の光強度が低い場合であっても、他のいずれかの発光色で十分な光強度を得ることによって、観測対象物の色によらず高精度な測定が可能となる。
（第４の干渉計測方法）
【００６５】
上記の方法では、照明光の発光色を複数回変更してＰＳＩ測定を行い、その結果を平均化する等して合成し、単色光１回でのＰＳＩ測定よりも精度を向上させることができる。ただ、上記の方法は基本的にＰＳＩ測定であるため、波長の整数倍の不確定さが残っていた。このため、照明光の一波長以内の高さの判別しかできず、測定可能範囲が極めて狭いという問題があった。この問題に対して、ＰＳＩ測定にＶＳＩ測定を組み合わせることで、ＰＳＩ測定で生じる波長の整数倍の不確定をＶＳＩ測定の高さ情報で排除し、ＰＳＩ測定の高精度な高さ測定を広範囲で実現することが可能となる。以下、この手順を図１９のフローチャートに基づいて説明する。
【００６６】
この干渉計測方法では、ＶＳＩ測定と同様に、まずステップＳ６０１で高さ方向の測定範囲、ここでは干渉対物レンズ４０の高さ方向（Ｚ方向）におけるスキャン範囲をユーザが指定する。例えば干渉対物レンズ４０が移動する上限と下限、一回当たりの移動幅（ピッチ）を指定する。そしてステップＳ６０２で測定を開始し、ステップＳ６０３で干渉対物レンズ４０をＺスキャン開始位置に移動させる。ここまではＶＳＩ測定と同様の手順である。
【００６７】
次にＰＳＩ測定と同様の手順で、Ｒ、Ｇ、Ｂ毎に照明手段を切り替えて、各発光色毎に波長の１／３以下の移動幅で画像を取得する。あるいは上述した図１８のように、照明手段を白色光として干渉縞検出手段側でＲ、Ｇ、Ｂ成分毎の干渉縞を検出する。具体的な手順は図１５のステップＳ３０２〜Ｓ３１９で示した手順、あるいは図１８のＳ５０１〜Ｓ５０７で示した手順が利用できる。なお、ここではＰＳＩ測定であることを考慮して、波長の１／４に相当する距離幅として一波長中４点を測定しているが、測定点を増やし、この内の４点を抽出して計算することもできる。
【００６８】
図１９の例では図１５のステップＳ３０２〜Ｓ３１９と同様の手順を採用している。すなわち、ステップＳ６０４でまず照明手段のＲのみを点灯し、ステップＳ６０５で、赤色光の波長の１／４に相当する距離だけ、干渉対物レンズ４０を光軸方向に移動させる。次にステップＳ６０６で、干渉縞検出手段５０であるモノクロＣＣＤカメラで赤色画像（Ｒ画像）を撮像し、赤色光の干渉縞を取得する。さらにステップＳ６０７で撮像した画像を画像メモリ７５に格納する。以上で赤色光の画像が一枚の取得され、次にステップＳ６０８に進み、Ｚスキャン終了位置に到達したかどうかを判定し、未だの場合はステップＳ６０５に戻って同様に干渉対物レンズ４０を所定の距離幅でスキャンさせて画像撮像を繰り返す。そしてＺスキャンが終了するとステップＳ６０９に進み、画像メモリ７５に格納された画像データから、画像を構成する単位画素毎に、深度検出手段が干渉縞のピーク位置を位相計算で求めると共に、得られたピーク位置に対応する高さを深度ＨＲとして決定する。
【００６９】
以下、同様に発光色を赤色から緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に切り替えて、各々の深度ＨＧ、ＨＢをそれぞれ取得する。具体的には、ステップＳ６１０で発光色を赤色光から緑色光に切り替え、ステップＳ６１１で緑色光の波長の１／４に相当する距離だけ干渉対物レンズ４０を移動させ、ステップＳ６１２でモノクロＣＣＤカメラで緑色画像（Ｇ画像）を撮像し、ステップＳ６１３で画像メモリ７５に格納する。そしてステップＳ６１４で、Ｚスキャン終了位置に到達したかどうかを判定し、未だの場合はステップＳ６１１に戻ってスキャンと撮像を繰り返し、終了位置に到達した場合はステップＳ６１５に進んで、画像メモリ７５から各単位画素毎に干渉縞のピーク位置を位相計算で求め、緑色の深度ＨＧを決定する。
【００７０】
さらに同様に、ステップＳ６１６で発光色を緑色光から青色に切り替え、ステップＳ６１７で青色光の波長の１／４に相当する距離だけ干渉対物レンズ４０を移動させ、ステップＳ６１８でモノクロＣＣＤカメラで青色画像（Ｂ画像）を撮像し、ステップＳ６１９で画像メモリ７５に格納する。そしてステップＳ６２０で、Ｚスキャン終了位置に到達したかどうかを判定し、未だの場合はステップＳ６１７に戻ってスキャンと撮像を繰り返し、終了位置に到達した場合はステップＳ６２１に進んで、画像メモリ７５から各単位画素毎に干渉縞のピーク位置を位相計算で求め、青色の深度ＨＢを決定する。
【００７１】
以上のようにしてＰＳＩ方式に従い、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色毎の深度ＨＲ、ＨＧ、ＨＢを取得する。これらの深度ＨＲ、ＨＧ、ＨＢは、波長の整数倍の不確定さを含んでいる。次にステップＳ６２２で、Ｒ、Ｇ、Ｂ各画像データを、各々同じ測定位置で合成してグレースケールの輝度画像データ群を生成する。Ｒ、Ｇ、Ｂ成分を持つ画素からグレースケールへ変換する手法は、既知の手法が利用できる。例えば、人間の目の視感度を考慮して各色成分に重み付けをした次式
【００７２】
出力画素＝（０．２９９＊Ｒ成分＋０．５８７＊Ｇ成分＋０．１１４＊Ｂ成分）
で加重平均する方法が挙げられる。また上式の係数を２５６倍して整数演算とすることで、処理の高速化を図ることができる。あるいは、次式でＲ、Ｇ、Ｂ値の平均をとることもできる。
【００７３】
出力画素＝（Ｒ成分＋Ｇ成分＋Ｂ成分）／３
【００７４】
さらには、単純に各画素の彩度を下げる方法も利用できる。
【００７５】
出力画素＝（Ｒ、Ｇ、Ｂの内最大成分＋Ｒ、Ｇ、Ｂの内最小成分）／２
【００７６】
Ｒ、Ｇ、Ｂを合成して得られた輝度画像データは、Ｚ方向に可干渉距離の短い画像であり、白色での干渉縞に相当し、すなわちＶＳＩ測定における干渉縞に相当する。そしてステップＳ６２３で、ＰＳＩ測定で得られた深度から、波長の整数倍の不確定さを、ＶＳＩ測定で得られた高さ情報を用いて除去する。具体的には、まず輝度画像データ群から、各単位画素毎に干渉縞強度のピーク位置を求める。すなわち、ＶＳＩ測定方式での高さ情報を、深度算出手段で演算する。そして先に求めたＰＳＩ測定でのＲ、Ｇ、Ｂ各色毎の深度ＨＲ、ＨＧ、ＨＢを、このＶＳＩ高さ情報で補正する。ＶＳＩ測定では、ＰＳＩ測定程の高精度は得られないが、波長の整数倍を区別できる程度の精度は十分に得られる。したがって、ＶＳＩ高さ情報をＰＳＩ測定の深度と対比すれば、波長の整数倍の不確定さは排除できる。このため、従来のＰＳＩ測定では不可避であった不確定さを排除し、高精度な高さ測定が可能となる。
【００７７】
このように、ＰＳＩ測定で得られた深度を、ＶＳＩ測定の高さ情報で補正することにより、極めて高精度なＰＳＩ測定を、ＶＳＩ測定並みに広範囲に行うことが可能となり、測定範囲の確保と高精度とを両立させることができる。
（２次元カラー画像の合成）
【００７８】
さらに必要に応じて、観測対象物上の各点の高さ情報が判明しているので、すべての点でピントのあった超深度画像あるいは合焦画像を合成することができる。特に、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の成分が取得されているので、超深度画像をカラー画像とすることができる。
【００７９】
上記の例では、任意的なステップＳ６２４で各点の高さ情報を元に、Ｒ、Ｇ、Ｂ毎の各画像データから単位画素毎に合焦位置の画像を抽出し、これらを合成することで超深度画像が得られる。この際、各画素の輝度値を超深度画像の画素の輝度値として採用することができる。この方法は、例えば用いるＲ、Ｇ、Ｂの波長帯域が狭い場合は、波長の整数倍の不確定さにより最大輝度の位置を検出し難いため、有効である。また超深度画像をカラー画像とする際、Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれかの成分で光強度が不足しておりピーク位置が検出できなくとも、他の成分から正確なピーク位置が検出できる。さらにＲ、Ｇ、Ｂいずれかの成分でピーク位置が正確でなくとも、カラー画像に合成する際には問題なく利用できる。
（３次元カラー画像の合成）
【００８０】
さらにまた、必要に応じて超深度画像を３次元の立体画像とすることもできる。観測対象物上の各点の高さ情報が判明しているので、これに基づいて２次元の超深度画像表面に凹凸を形成し、仮想的に３次元画像を生成できる（ステップＳ６２５）。３次元画像の生成アルゴリズムは、既存のものが適宜利用できる。このようにして演算、生成された高さ情報や超深度画像、カラー超深度画像や３次元カラー超深度画像は、適宜表示、保存等の方法で出力される（ステップＳ６２６）。例えば３次元のカラー超深度画像の視点を変更させたり、回転や凹凸の強調等の処理を行うことができる。カラー超深度画像や３次元カラー超深度画像の合成は、表示データ生成ブロック７６で行われる。
【００８１】
なお以上の方法では、各発光色で干渉対物レンズ４０のＺ方向スキャンを行う度に位相計算を行っているが、先に各発光色についてＺ方向スキャンを済ませた後、まとめて位相計算をしてもよい。また２度目のスキャン中に、１度目のスキャンで取得したデータの演算を平行して行い、３度目のスキャン中に２度目のデータを計算する等、撮像処理と位相計算処理を並行して行わせることにより全体の処理時間を短縮することもできる。
【００８２】
さらに、上記の例では光源としてＲ、Ｇ、Ｂの３色を利用する例を説明したが、より多くの色の光源を搭載し、スキャン回数を増やして精度をさらに向上させることもできる。またＲ、Ｇ、Ｂに限られず、Ｒ、Ｇ、Ｂに黄色、青緑などの中間色を加えて色再現性を改善したり、ＣＭＹ（シアン、マゼンダ、イエロー）や、Ｒ、Ｙ、Ｂ（赤・黄・青）、ＹＩＱカラーモデル（Ｙは輝度信号、Ｉは間隔信号（Orange-Cyan）、Ｑは対角信号（Yellow-Magenta））やＨＳＢ（色相（Hue）、彩度（Saturation）、明度（Brightness））等、他の発光色やその他のパラメータを利用して測定することもできる。
【００８３】
またハロゲンランプにカラーフィルタを組合わせて利用することもできる。例えば長方形のガラスフィルタで、長手方向に順次透過光の波長が変化するリニア可変バンドパスフィルタには、１ｎｍの色分解能を発揮できるものがあるので、殆どの色を表現できる。このようなフィルタを利用してＲ、Ｇ、Ｂの色を表現する構成も、本発明に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の干渉計測装置及び干渉計測方法は、ガラス、金属、プラスチック、セラミック等の表面形状（平面、球面、円筒面、回転２次曲面、非球面等）やレンズの透過波面形状を測定可能であり、例えばカメラレンズ、コピー機用レンズ、ピックアップ用対物レンズ等の光記録光学系用レンズ、光通信用レンズ、コンタクトレンズ等、各種ガラス、プラスチックレンズの表面形状測定や透過波面形状測定、あるいはミラー、フィルター、プリズム、液晶用ガラス、ガラスディスク、光記録光学系用ガラス部品、コーナーキューブ、ホログラム素子等、板物の表面形状測定や透過波面測定、さらには金属あるいはセラミック製シール部品表面、金属製電気部品、刃物、ギア、ボールベアリング表面等の各種メカ、電気部品の形状測定等に好適に利用できる。また画像を撮像可能な白色干渉顕微鏡の他、高さの検出に特化した白色干渉計にも本発明を適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】（ａ）はＰＳＩ測定、（ｂ）はＶＳＩ測定による干渉縞の光強度パターンを示すグラフである。
【図２】観測対象物が段差を有する場合に観測される干渉縞波形を、（ａ）ＰＳＩ測定、（ｂ）ＶＳＩ測定それぞれについて示すグラフである。
【図３】ＰＳＩ方式の干渉計測装置の構成を示すブロック図である。
【図４】干渉計測装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図５】ＰＳＩ測定によるデータサンプリングを示すグラフである。
【図６】ＰＳＩ測定による高さ測定の手順を示すフローチャートである。
【図７】ＶＳＩ方式の干渉計測装置の構成を示すブロック図である。
【図８】ＶＳＩ測定による高さ測定の手順を示すフローチャートである。
【図９】ＰＳＩ測定で取得された干渉縞波形のＳＮ比が悪い例を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る干渉計測装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る干渉計測装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る干渉計測装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る干渉計測装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態４に係る干渉計測装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】図１２の干渉計測装置を利用した干渉計測方法を示すフローチャートである。
【図１６】Ｒ、Ｇ、Ｂの干渉縞の一例を示すグラフである。
【図１７】図１２の干渉計測装置を利用した第２の干渉計測方法を示すフローチャートである。
【図１８】図１３、図１４の干渉計測装置を利用した第３の干渉計測方法を示すフローチャートである。
【図１９】第４の干渉計測方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８６】
１００、２００、３００、４００…干渉計測装置
１…干渉計測装置本体
１０、１２…光源
２０…カラーフィルタ
２２…フィルタ切替手段
３０…コレクタレンズ
３２…ビームスプリッタ
３４…結像レンズ
４０…干渉対物レンズ
４２…干渉対物レンズ駆動機構
４４…ビームスプリッタ
４６…参照ミラー
５０…干渉縞検出手段
５１…モノクロＣＣＤカメラ
５２…カラーＣＣＤカメラ
５３…モノクロＣＣＤカメラ
５４…ダイクロックミラーユニット
６０…モニタ部
７０…コントローラ部
７１…画像キャプチャブロック
７２…ＣＰＵ
７３…Ｚ駆動機構用ドライバ
７４…データ処理ブロック
７５…画像メモリ
７６…表示データ生成ブロック
７７…入力デバイス
Ｗ…観測対象物
【図１】
2007033217.tif 000003
【図２】
2007033217.tif 000004
【図３】
2007033217.tif 000005
【図４】
2007033217.tif 000006
【図５】
2007033217.tif 000007
【図６】
2007033217.tif 000008
【図７】
2007033217.tif 000009
【図８】
2007033217.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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